JP3694575B2 - Heat utilization system using hydrogen storage alloy - Google Patents

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    • Y02B30/62Absorption based systems

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、水素吸蔵合金の水素の吸蔵と放出とを繰り返して行わせ、水素の放出時に生じる吸熱作用を利用して冷熱を得る、あるいは水素の吸蔵時に生じる放熱作用を利用して温熱を得る水素吸蔵合金を利用した熱利用システムに関する。
【0002】
【従来の技術】
水素吸蔵合金を用いた従来の水素吸蔵合金を利用した熱利用システムを、図9を用いて説明する。水素吸蔵合金を用いたヒートポンプサイクルJ1 は、水素吸蔵合金J2 の加熱、放熱および冷熱出力を得るためにシェル&チューブタイプの熱交換器を用いていた。
この従来技術で示すヒートポンプサイクルJ1 は、4つのシェル&チューブタイプの熱交換器J3 〜J6 を用いたもので、各熱交換器J3 〜J6 は水素吸蔵合金J2 と熱媒体とが熱交換可能に設けられている。第1、第2熱交換器J3 、J4 の水素吸蔵合金J2 は水素通路を介して連通し、第3、第4熱交換器J5 、J6 の水素吸蔵合金J2 も水素通路を介して連通して設けられている。
【0003】
作動は、第1熱交換器J3 に加熱用の熱媒体を供給するとともに、第2熱交換器J4 に放熱用の熱媒体を供給する。すると、第1熱交換器J3 の水素が放出されて第2熱交換器J4 に吸蔵される。つまり、水素駆動が行われる。
次に、第1熱交換器J3 に供給していた加熱用の熱媒体を、放熱用の熱媒体に切り替えて供給するとともに、第2熱交換器J4 に供給していた放熱用の熱媒体を、冷熱出力用の熱媒体に切り替えて供給する。すると、第1熱交換器J3 が水素を吸蔵し、第2熱交換器J4 が水素を放出する。この第2熱交換器J4 が水素を放出する時、冷熱出力用の熱媒体が冷却される。つまり、冷熱出力が得られる。
そして、上記のサイクルを繰り返す。
【0004】
一方、第2熱交換器J4 から冷熱出力を得ている時は、第3熱交換器J5 に加熱用の熱媒体を供給するとともに、第4熱交換器J6 に放熱用の熱媒体を供給する。すると、第3熱交換器J5 の水素が放出されて第4熱交換器J6 に吸蔵される。つまり、第1、第2熱交換器J3 、J4 で冷熱出力を得ている時は、第3、第4熱交換器J5 、J6 で水素駆動が行われる。
次に、第3熱交換器J5 に供給していた加熱用の熱媒体を、放熱用の熱媒体に切り替えて供給するとともに、第4熱交換器J6 に供給していた放熱用の熱媒体を、冷熱出力用の熱媒体に切り替えて供給する。すると、第3熱交換器J5 が水素を吸蔵し、第4熱交換器J6 が水素を放出する。この第4熱交換器J6 が水素を放出する時、冷熱出力用の熱媒体が冷却される。つまり、第1、第2熱交換器J3 、J4 で水素駆動が行われている時は、第3、第4熱交換器J5 、J6 で冷熱出力が得られる。
そして、上記のサイクルを繰り返す。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
水素吸蔵合金J2 と熱媒体との熱交換を行う熱交換器J3 〜J6 は、シェル&チューブタイプが用いられていたため体格が大きく、連続的に冷熱出力を得るためには、最低4個の熱交換器J3 〜J6 を必要とするため、ヒートポンプサイクルJ1 が大型になってしまう不具合があった。
【0006】
また、従来のヒートポンプサイクルJ1 では、各熱交換器J3 〜J6 に、加熱用の熱媒体と放熱用の熱媒体、あるいは放熱用の熱媒体と冷熱出力用の熱媒体を切り替えて供給するため、多数の切替バルブJ7 〜J14が必要になる。このように、多数の切替バルブJ7 〜J14を用いると、故障確率が上昇し、耐久性の向上の妨げとなる。また、各切替バルブJ7 〜J14は比較的高頻度で切り替わるため、作動音が目立つ不具合もあった。
【0007】
【発明の目的】
本発明は、上記の事情に鑑みてなされたもので、その目的は、水素吸蔵合金と熱交換を行う熱媒体の切り替えを行う切替バルブが不要で、且つヒートポンプサイクルの小型化および高効率化が可能な水素吸蔵合金を利用した熱利用システムの提供にある。
【0008】
【課題を解決するための手段】
本発明の水素吸蔵合金を利用した熱利用システムは、上記の目的を達成するために、次の技術的手段を採用した。
(請求項1の手段)
水素吸蔵合金を利用した熱利用システムは、水素吸蔵合金の水素の放出時の吸熱、または水素の吸蔵時の放熱を利用したものであって、
水素吸蔵合金が封入された偏平な第1室、この第1室内と水素通路を介して連通し、水素吸蔵合金が封入された偏平な第2室を備えたセルを複数用い、
この複数のセルを回転軸の周囲に配置して前記複数のセルを回転移動することにより、前記第1室に触れる熱媒体と、前記第2室に触れる熱媒体とを変更して、前記第1室から前記第2室、あるいは前記第2室から前記第1室へ水素を移動するように設け
各第1室は各第2室に対して回転軸の軸方向に配置され、前記水素通路は回転軸の軸方向に隔てられた前記第1室内と前記第2室内とを連通するものであり、
前記第1室および前記第2室は前記セルの回転中心から外方向へ伸びるに従って放射方向に対して離反して配置されたことを特徴とする。
【0009】
(請求項2の手段)
請求項1の水素吸蔵合金を利用した熱利用システムにおいて、
前記第1室および前記第2室は、隣接する他の第1、第2室との間に熱媒体が通過可能な略同幅の隙間を備え、前記複数のセルの回転中心に配置される回転軸の周りに巻き付けられた渦巻き状に配置されるとともに、
前記隙間に熱媒体が流れるように設けられたことを特徴とする。
【0010】
(請求項3の手段)
請求項1または請求項2の水素吸蔵合金を利用した熱利用システムにおいて、前記第2室は水素通路を介して複数に分割して設けられ、
前記セルの回転によって、各第2室の触れる熱媒体を変更し、分割された第2室から他の第2室へ水素を移動させるとともに、分割された第2室から前記第1室へ水素を移動させ、前記セルの1回転中において複数の第2室から複数の冷熱出力を得ることを特徴とする。
【0011】
【発明の作用および効果】
(請求項1の作用および効果)
セル移動手段によって、複数のセルを回転駆動し、各セルの第1室と第2室にそれぞれ別の熱媒体を触れさせて水素を移動させる。
具体的一例を示すと、第1室を加熱用の熱媒体に接触させると、第1室が加熱を受けて水素吸蔵合金が水素を放出する。この時、第2室を放熱用の熱媒体に接触させると、第2室内の水素吸蔵合金が水素を吸蔵する。つまり、第1室内の水素吸蔵合金から第2室の水素吸蔵合金へ水素が移動する。
次に、第1室を放熱用の熱媒体に接触させると、第1室が放熱による温度低下を受けて水素吸蔵合金が水素を吸蔵する。この時、第2室を冷熱出力用の熱媒体に接触させた状態で、第2室内の水素吸蔵合金から水素を放出させる。すると、冷熱出力用の熱媒体が冷却され、冷熱出力が得られる。
【0012】
本発明の水素吸蔵合金を利用した熱利用システムは、水素吸蔵合金に接触する熱媒体の種類を切り替えて水素吸蔵合金と熱交換を行うのではなく、セルを回転移動することで水素吸蔵合金自体が移動して接触する熱媒体の種類を変更しているので、従来技術のように、熱媒体の種類を切り替える切替バルブが不要となる。このように、切替バルブが不要になるため、熱媒体切り替えのための作動騒音を低減できるとともに、故障確率を低減でき、長期の信頼性を高めることができる。
【0013】
偏平な第1、第2室を備える複数のセルを回転移動させて第1、第2室に触れる熱媒体を切り替える構成を採用するため、従来に比較してヒートポンプサイクルの体格を小型化できる。
また、偏平に設けられた第1、第2室がセルの回転中心から外方向へ伸びるに従って放射方向に対して離反して配置されるため、第1、第2室と熱媒体との接触面積が大きくなるとともに、第1、第2室が放射状配置されるタイプに比較して隙間が少なく、同体積内における水素吸蔵合金の分布密度が高まる。
このため、セルの回転径寸法を小さくでき、ヒートポンプサイクルの体格を大変小型化できる。あるいは、第1、第2室と熱媒体との接触面積の増大および水素吸蔵合金の分布密度の高まりによって、ヒートポンプサイクルにおける熱交換効率を向上できる。
【0014】
(請求項2の作用および効果)
第1、第2室が回転軸の周りに巻き付けられた状態で配置されるため、セルの回転範囲内における隙間が大変小さくなり、水素吸蔵合金の分布密度が大変高まり、結果的にヒートポンプサイクルの熱交換効率を向上できる。
また、隙間に熱媒体が流れるように設けられ、その熱媒体が通過する隙間が略同幅に設けられているため、第1、第2室に沿って流れる熱媒体の流れが整流されて流速が速くなる。熱媒体の流速が速くなることにより、熱媒体と水素吸蔵合金との熱交換量が増大し、ヒートポンプサイクルの熱交換効率を高めることができる。
【0015】
(請求項3の作用および効果)
第2室を複数に分割して設け、セルの1回転中において複数の第2室から複数の冷熱出力を得るように設けたため、ヒートポンプサイクルの冷却効率を高めることができる。
【0016】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の実施の形態を、実施例および変形例に基づき説明する。
〔第1実施例の構成〕
第1実施例は、本発明の水素吸蔵合金を利用した熱利用システムを室内空調用の冷房装置に適用したもので、この第1実施例を図1ないし図6を用いて説明する。
【0017】
(冷房装置1の概略説明)
本実施例の冷房装置1の概略構成を、図2を用いて説明する。この実施例では、水素吸蔵合金を用いたヒートポンプサイクル2の一例として2段式サイクルを用いた。なお、2段式サイクルとは、本発明の第2室を分割し、第1室から分割された一方の第2室に水素の移動を行い、一方の第2室から他方の第2室へ水素を移動させて1段目の冷熱出力を得、他方の第2室から第1室へ水素を移動させて2段目の冷熱出力を得るもので、詳細は後述する。
【0018】
本実施例の適用される冷房装置1は、大別して、水素吸蔵合金を用いたヒートポンプサイクル2と、水素吸蔵合金を加熱する加熱水(加熱用の熱媒体に相当する、本実施例では水)を作り出す燃焼装置3と、水素吸蔵合金を冷却する放熱水(放熱用の熱媒体に相当する、本実施例では水)を冷却する放熱水冷却手段4と、水素吸蔵合金の水素放出作用によって生じた吸熱によって冷却された冷熱出力水(冷熱出力用の熱媒体に相当する、本実施例では水)で室内を空調する室内空調機5と、搭載された各電気機能部品を制御する制御装置6とから構成される。
【0019】
なお、ヒートポンプサイクル2、燃焼装置3、放熱水冷却手段4および制御装置6は、室外機7として室外に設置されるもので、室内には室内空調機5が配置される。また、本実施例に示す冷房装置1は、1つの室外機7に対して、複数の室内空調機5が接続可能な所謂マルチエアコンである。
【0020】
(ヒートポンプサイクル2の説明)
本実施例のヒートポンプサイクル2は、上述のように2段式サイクルを用いたもので、図1に示すように、水素吸蔵合金が封入された上段室S1 (第1室に相当する)、この上段室S1 内に水素通路S4 を介して連通し、水素吸蔵合金が封入された中段室S2 (第2室に相当する)、中段室S2 内に水素通路S4 を介して連通し、水素吸蔵合金が封入された下段室S3 (第2室に相当する)を備えたセルSを複数用いる。なお、この実施例では、12〜18個のセルSを用いた。
【0021】
水素吸蔵合金は、水素平衡圧力が異なる3種を用いたもので、上段室S1 内には同一平衡水素圧で水素平衡温度が最も高い高温度水素吸蔵合金(以下、高温合金HM)の粉末を封入し、中段室S2 内には中温度水素吸蔵合金(以下、中温合金MM)の粉末を封入し、下段室S3 内には同一平衡水素圧で水素平衡温度が最も低い低温度水素吸蔵合金(以下、低温合金LM)の粉末を封入したものである。
このことを図6のPT冷凍サイクルを用いて説明すると、水素吸蔵合金の特性が、相対的に高温側(図示左側)にあるのが高温合金HM、低温側にあるのが低温合金LM、両者の中間にあるのが中温合金MMである。
【0022】
1つのセルSは、ステンレスあるいは銅など、水素透過の無い金属を用いて、真空ろう付けや溶接等の接合方法によりセル容器(上、中、下段室S1 、S2 、S3 および水素通路S4 を形成する容器)を最中状に成形し、内部に粉末状の水素吸蔵合金を充填し、真空引きを行ったのち、活性化処理を施し、水素を高圧充填して開口部に金属蓋をして溶接により密封したものである。
1つのセルSの外形は、図3および図4に示されるように、それぞれ偏平容器状の上、中、下段室S1 、S2 、S3 の一辺側が、内部に水素通路S4 が形成された棒状の連結部S5 によって連結された形状を呈する。
【0023】
各上、中、下段室S1 、S2 、S3 は、偏平形状であるに加えて円弧状に設けられているため、一方の面が凸状に湾曲して設けられるとともに、対向する他方の面が凹状に湾曲して設けられている。また、各上、中、下段室S1 、S2 、S3 の内部には、多数の耐圧柱(図示しない、例えばコルゲートフィン、オフセットフィン等)が接合された状態で設けられている。
このように設けられることにより、真空引き時の低圧下、および水素充填時の高圧下において、各室の対向する面に引っ張り応力と圧縮応力がかかるとともに、対向する面の距離を多数の耐圧柱が一定に保つため、各室の変形が小さく抑えられ、結果的に偏平な室を実現している。
【0024】
複数のセルSは、略円柱形状を呈する回転軸8の周囲に複数のセルSの各連結部S5 が固定されている。この回転軸8は、図示しないセル移動手段によって回転駆動されるもので、このセル移動手段は例えばモータで、ゆっくりと連続的に複数のセルSを回転させるものである(例えば、1時間に20周ほど)。
回転軸8に固定された偏平形状の各上、中、下段室S1 、S2 、S3 は、回転軸8から外方向へ伸びるに従い放射線に対して離反して配置される(図5参照)。
具体的には、各上、中、下段室S1 、S2 、S3 は、隣接する他の上、中、下段室S1 、S2 、S3 との間に略同幅の隙間を備え、回転軸8の周りに円弧状に巻き付けられた渦巻き状に配置されている。この隙間は、熱媒体が通過可能なもので、この実施例では、熱媒体が隙間を流れるように設けられている。
【0025】
この実施例では、上記隙間を流れる熱媒体を効率的に各上、中、下段室S1 、S2 、S3 に接触させるために、各室の周囲にデバイダー9を設けている。このデバイダー9は、熱媒体を各室に沿って流すことによって熱媒体の放熱ロスを減少させるとともに、熱媒体の流れを整流させて流速を速くして熱交換量を増大して熱交換効率をアップさせるもので、さらにセルSが後述する水素駆動部α→第1冷熱出力部β→第2冷熱出力部γを循環する境界において室の対向面が異なった熱媒体に触れる不具合を回避して熱交換効率をアップさせるものである。
【0026】
このデバイダー9は、各室を覆うもので、断熱性に優れた樹脂材料等によって設けられている。このデバイダー9の内面には、熱媒体を室に沿って流す複数の熱媒体通路9aが形成されている。この熱媒体通路9aは、略溝状に設けられたもので、熱媒体の流れを整流させて流速を速くするために、流れ方向に沿って一定の深さと幅に設けられている。また、デバイダー9の外端と中心側上部には、熱媒体通路9aへの熱媒体の給排が行われる給排口9bが設けられている。なお、この実施例では、外端の給排口9bが熱媒体を熱媒体通路9aに導く供給口であり、中心側の給排口9bが熱媒体通路9aを通過した熱媒体を排出する排出口である。
【0027】
2段式サイクルのヒートポンプサイクル2は、図1に示すように、上段室S1 内の水素を強制的に下段室S3 内に移動させる水素駆動部αと、下段室S3 内に移動した水素を中段室S2 に移動させる第1冷熱出力部βと、中段室S2 内に移動した水素を上段室S1 に移動させる第2冷熱出力部γとを備える。
なお、水素駆動部α、第1冷熱出力部β、第2冷熱出力部γは、略120°間隔に設けられたもので、後述する凹部M1 、M2 の配置によって区画されている。
【0028】
水素駆動部αは、上段室S1 と接触する加熱水(例えば80℃ほど)が供給される加熱域α1 、中段室S2 と接触する昇圧水(例えば56℃ほど)が供給される中段昇圧域α2 、下段室S3 と接触する放熱水(例えば28℃ほど)が供給される下段放熱域α3 を備える。
第1冷熱出力部βは、上段室S1 と接触する昇圧水(例えば58℃ほど)が供給される上段昇圧域β1 、中段室S2 と接触する放熱水(例えば28℃ほど)が供給される中段放熱域β2 、下段室S3 と接触した冷熱出力水(例えば13℃ほど)が出力される下段冷熱出力域β3 を備える。
第2冷熱出力部γは、上段室S1 と接触する放熱水(例えば28℃ほど)が供給される上段放熱域γ1 、中段室S2 と接触する冷熱出力水(例えば13℃ほど)が出力される中段冷熱出力域γ2 を備える。なお、第2冷熱出力部γにおいて下段室S3 と接触する熱媒体の温度は不問であり、その部分を不問域γ3 とする。
【0029】
そして、図示しないセル移動手段により回転軸8が回転することにより、上段室S1 の群が加熱域α1 →上段昇圧域β1 →上段放熱域γ1 を循環するものであり、中段室S2 の群が中段昇圧域α2 →中段放熱域β2 →中段冷熱出力域γ2 を循環するものであり、下段室S3 の群が下段放熱域α3 →下段冷熱出力域β3 →不問域γ3 を循環するものである。
【0030】
上段室S1 の群は、上段容器K1 に覆われ、内部に加熱域α1 、上段昇圧域β1 、上段放熱域γ1 が設けられている。また、中段室S2 の群は、中段容器K2 に覆われ、内部に中段昇圧域α2 、中段放熱域β2 、中段冷熱出力域γ2 が設けられている。さらに、下段室S3 の群は、下段容器K3 に覆われ、内部に下段放熱域α3 、下段冷熱出力域β3 、不問域γ3 が設けられている。
【0031】
上段容器K1 、中段容器K2 、下段容器K3 は、連続的に繋がって設けられた容器K(例えば、樹脂製の容器)で、この容器Kには、図5に示すように、上、中、下段容器K1 、K2 、K3 内に熱媒体を給排する16本の熱媒体配管10が接続されている。具体的には、上段容器K1 には加熱域α1 、上段昇圧域β1 、上段放熱域γ1 のための6本の熱媒体配管10が接続され、中段容器K2 には中段昇圧域α2 、中段放熱域β2 、中段冷熱出力域γ2 のための6本の熱媒体配管10が接続され、下段容器K3 には下段放熱域α3 、下段冷熱出力域β3 のための4本の熱媒体配管10が接続されている。
【0032】
上、中、下段容器K1 、K2 、K3 には、熱媒体配管10によって供給される熱媒体を水素駆動部α、第1冷熱出力部β、第2冷熱出力部γの上、中、下各域内のデバイダー9の給排口9b(外端)に導く凹部M1 、そして、給排口9b(中心側)から排出される熱媒体を集合させる凹部M2 が設けられており、熱媒体配管10によって給排される熱媒体が所定の範囲内(略120°間隔の水素駆動部α、第1冷熱出力部β、第2冷熱出力部γ)においてデバイダー9内に直接給排されるように設けられている。
なお、各デバイダー9に設けられた給排口9bは、凹部M1 、M2 が設けられていない容器Kの内壁に接触、あるいは接近して回転し、上記内壁は水素駆動部α、第1冷熱出力部β、第2冷熱出力部γの仕切りとなっている。
また、この実施例では、図1に示すように熱媒体を、外側の給排口9b→熱媒体通路9a→中心側の給排口9bに流す例を示すが、逆に内側から外側へ流しても良い。
【0033】
(ヒートポンプサイクル2における上記以外の構成部品の説明)
図2に示す符号11は、上段昇圧域β1 と中段昇圧域α2 とに昇圧水を循環させる昇圧水循環路で、途中に設けられた昇圧水循環ポンプP1 ’によって昇圧水が循環する。なお、昇圧水は、加熱域α1 で温度上昇した上段室S1 、上段容器K1 からの伝熱により温度上昇した水を用いたもので、ヒートポンプサイクル2の作動中、上段昇圧域β1 の昇圧水の温度は例えば58℃程で、中段昇圧域α2 の昇圧水の温度は例えば56℃程になる。
【0034】
(燃焼装置3の説明)
本実施例の燃焼装置3は、燃料であるガスを燃焼して熱を発生させ、発生した熱によって加熱水を加熱するガス燃焼装置を用いたもので、ガスの燃焼を行うガスバーナ12、このガスバーナ12へガスの供給を行うガス量調節弁13およびガス開閉弁14を備えたガス供給回路15、ガスバーナ12へ燃焼用の空気を供給する燃焼ファン16、ガスの燃焼熱と加熱水とを熱交換する熱交換器17等から構成される。
そして、ガスバーナ12のガス燃焼で得られた熱で、加熱水を例えば80℃程に加熱し、加熱された加熱水を加熱水循環ポンプP1 を備えた加熱水循環路18を介して加熱域α1 に供給するものである。
なお、本実施例の加熱水循環ポンプP1 は、昇圧水循環ポンプP1 ’を駆動する兼用のモータによって駆動されるタンデムポンプである。このため、燃焼装置3から加熱水がヒートポンプサイクル2に供給される際は、昇圧水も循環作動するように設けられている。
【0035】
(室内空調機5の説明)
室内空調機5は、上述のように室内に配置されるもので、内部に室内熱交換器19、この室内熱交換器19に供給される冷熱出力水と室内空気とを強制的に熱交換し、熱交換後の空気を室内に吹き出させるための室内ファン20を備える。室内熱交換器19には、下段冷熱出力域β3 および中段冷熱出力域γ2 から供給される冷熱出力水を循環させる冷熱出力水循環路21が接続され、この冷熱出力水循環路21の途中(室外機7内)には、冷熱出力水を循環させる冷熱出力水ポンプP2 が設けられている。
【0036】
(放熱水冷却手段4の説明)
放熱水冷却手段4は、水冷開放型の冷却塔であり、この放熱水冷却手段4によって冷却された放熱水は、放熱水循環ポンプP3 を備えた放熱水循環路22によって下段放熱域α3 、中段放熱域β2 、上段放熱域γ1 に供給される。
放熱水冷却手段4は、下段放熱域α3 、中段放熱域β2 、上段放熱域γ1 を通過した放熱水を、上方から下方へ流し、流れている間に外気と熱交換して放熱するとともに、流れている間に一部蒸発させて、蒸発時に流れている放熱水から気化熱を奪い、流れている放熱水を冷却するものである。また、この放熱水冷却手段4は、図示しない放熱ファンを備え、この放熱ファンの生じる空気流によって放熱水の蒸発および冷却を促進するように設けられている。
なお、この実施例では、放熱水冷却手段4として水冷開放型の冷却塔を示したが、放熱水(放熱用の熱媒体)が空気に触れずに熱交換する水冷密閉型あるいは空冷密閉型の冷却手段を用いても良い。
【0037】
ここで、上記に示す加熱水循環路18、冷熱出力水循環路21および放熱水循環路22は、それぞれシスターンT1 、T2 、T3 を備えており、シスターンT1 、T2 、T3 内の水位が所定水位以下に低下すると、それぞれに設けられた給水バルブT4 、T5 、T6 が開き、給水管23から供給される水道水をシスターンT1 、T2 、T3 内に補充するように設けられている。
また、ヒートポンプサイクル2の下部にはドレンパンPが配置され、ヒートポンプサイクル2に発生したドレン水を排水管24から排水するように設けられている。なお、放熱水冷却手段4で溢れた水も排水管24から排水するように設けられている。
【0038】
(制御装置6の説明)
制御装置6は、室内空調機5に設けられたコントローラ(図示しない)からの操作指示や、複数設けられた各センサの入力信号に応じて、上述の加熱水循環ポンプP1 (昇圧水循環ポンプP1 ’)、冷熱出力水ポンプP2 、放熱水循環ポンプP3 、給水バルブT4 、T5 、T6 、放熱水冷却手段4の放熱ファンなどの電気機能部品、および燃焼装置3の電気機能部品(燃焼ファン16、ガス量調節弁13、ガス開閉弁14、図示しない点火装置等)を制御するとともに、室内空調機5に室内ファン20の作動指示を与えるものである。
【0039】
(冷房運転の作動説明)
上記の冷房装置1による冷房運転の作動を、図6のPT冷凍サイクル線図を参照して説明する。
冷房運転が室内空調機5のコントローラによって指示されると、制御装置6によって、燃焼装置3、セル移動手段、放熱ファンおよび加熱水循環ポンプP1 (昇圧水循環ポンプP1 ’)、冷熱出力水ポンプP2 、放熱水循環ポンプP3 が作動するとともに、冷房が指示された室内空調機5の室内ファン20をONする。
【0040】
セル移動手段によって、複数のセルSがゆっくりと連続的に回転移動する。これによって、複数のセルSが、水素駆動部α→第1冷熱出力部β→第2冷熱出力部γの順で移動する。
つまり、各上段室S1 が加熱域α1 →上段昇圧域β1 →上段放熱域γ1 の順で移動し、各中段室S2 が中段昇圧域α2 →中段放熱域β2 →中段冷熱出力域γ2 の順で移動し、各下段室S3 が下段放熱域α3 →下段冷熱出力域β3 →不問域γ3 の順で移動する。
【0041】
水素駆動部αへ進入したセルSは、上段室S1 が加熱水に触れ、中段室S2 が昇圧水に触れ、下段室S3 が放熱水に触れる。
上段室S1 が加熱水(80℃)に触れることにより、上段室S1 の内圧が上昇し、高温合金HMが水素を放出する。
中段室S2 が昇圧水(56℃)に触れることにより、中段室S2 の内圧が中温合金MMが水素を吸蔵しない圧力まで上昇する。
下段室S3 が放熱水(28℃)に触れることにより、下段室S3 の内圧が下がり、低温合金LMが水素を吸蔵する。
【0042】
このように、上段室S1 が加熱域α1 で加熱水に触れ、中段室S2 が中段昇圧域α2 で昇圧水に触れ、下段室S3 が下段放熱域α3 の放熱水に触れることにより、上段室S1 内が80℃;1.0MPa、中段室S2 内が56℃;1.0MPa、下段室S3 内が28℃;0.9MPaとなり、上段室S1 の高温合金HMが水素を放出し(図6の▲1▼)、下段室S3 の低温合金LMが水素を吸蔵する(図6の▲2▼)。なお、中段室S2 は昇圧水によって加熱されて内圧が高く、中温合金MMは水素の吸蔵は行わない。
そして、水素駆動部αを通過したセルSは、その後第1冷熱出力部βへ移動する。
【0043】
第1冷熱出力部βへ進入したセルSは、上段室S1 が昇圧水に触れ、中段室S2 が放熱水に触れ、下段室S3 が冷熱出力水に触れる。
上段室S1 が昇圧水(58℃)に触れることにより、上段室S1 の内圧が高温合金HMが水素を吸蔵しない圧力まで上昇する。
中段室S2 が放熱水(28℃)に触れることにより、中段室S2 の内圧が下がり、中温合金MMが水素を吸蔵し、下段室S3 の低温合金LMが水素を放出する。
低温合金LMが水素を放出するため、下段室S3 内で吸熱が生じ、下段室S3 に触れる冷熱出力水が例えば13℃に冷やされる。なお、低温合金LMは、冷熱出力水が13℃くらいでは、下段室S3 の内圧が中段室S2 の内圧より高くなるように設けられている。
【0044】
このように、上段室S1 が上段昇圧域β1 で昇圧水に触れ、中段室S2 が中段放熱域β2 で放熱水に触れ、下段室S3 が下段冷熱出力域β3 の冷熱出力水に触れることにより、上段室S1 内が58℃;0.5MPa、中段室S2 内が28℃;0.4MPa、下段室S3 内が13℃;0.5MPaとなり、下段室S3 の低温合金LMが水素を放出し(図6の▲3▼)、中段室S2 の中温合金MMが水素を吸蔵する(図6の▲4▼)。下段室S3 の低温合金LMが水素を放出する際、吸熱作用により下段室S3 に触れる冷熱出力水から熱を奪い冷熱出力水の温度を低下させる。なお、上段室S1 は、昇圧水によって加熱されて内圧が高く、高温合金HMは水素の吸蔵は行わない。
そして、第1冷熱出力部βを通過したセルSは、その後第2冷熱出力部γへ移動する。
【0045】
第2冷熱出力部γへ進入したセルSは、上段室S1 が放熱水に触れ、中段室S2 が冷熱出力水に触れ、下段室S3 が不問水に触れる。
上段室S1 が放熱水(28℃)に触れることにより、上段室S1 の内圧が下がり、高温合金HMが水素を吸蔵し、中段室S2 の中温合金MMが水素を放出する。
中温合金MMが水素を放出するため、中段室S2 内で吸熱が生じ、中段室S2 に触れる冷熱出力水が例えば13℃に冷やされる。なお、中温合金MMは、冷熱出力水が13℃くらいでは、中段室S2 の内圧が上段室S1 の内圧より高くなるように設けられている。
【0046】
このように、上段室S1 が上段放熱域γ1 で放熱水に触れることにより、上段室S1 内が28℃;0.1MPa、中段室S2 内が13℃;0.2MPa、下段室S3 内は不問状態となり、中段室S2 の中温合金MMが水素を放出し(図6の▲5▼)、上段室S1 の高温合金HMが水素を吸蔵する(図6の▲6▼)。中段室S2 の中温合金MMが水素を放出する際、吸熱作用により中段室S2 に触れる冷熱出力水から熱を奪い冷熱出力水の温度を低下させる。なお、下段室S3 の温度は無関係で、下段室S3 の低温合金LMは水素の吸蔵は行わない。
そして、第2冷熱出力部γを通過したセルSは、その後水素駆動部αへ移動する。
【0047】
なお、ヒートポンプサイクル2の下段冷熱出力域β3 および中段冷熱出力域γ2 で熱を奪われた低温の冷熱出力水は、冷熱出力水循環路21を介して室内空調機5の室内熱交換器19に供給されて、室内に吹き出される空気と熱交換されて室内を冷房する。
【0048】
〔実施例の効果〕
本発明を適用した冷房装置1のヒートポンプサイクル2は、従来のようなシェル&チューブタイプの熱交換器を複数用いるのではなく、偏平な複数の室を備えるセルSを複数集合し、1つの容器K内で回転させるものであるため、シェル&チューブタイプの熱交換器を複数用いた従来のヒートポンプサイクルに比較して、本実施例のヒートポンプサイクル2の体格を大変小型化することができ、結果的に冷房装置1の室外機7を小型化できる。
【0049】
本実施例の冷房装置1は、従来技術のように水素吸蔵合金に接触する熱媒体の種類を切り替えて水素吸蔵合金と熱交換を行うのではなく、セル移動手段が複数のセルSを移動することで水素吸蔵合金自体が移動して熱媒体の種類(加熱水、放熱水、昇圧水、冷熱出力水)を変更しているので、ヒートポンプサイクル2において熱媒体の種類を切り替える切替バルブが不要になる。
このように、本実施例の冷房装置1は、ヒートポンプサイクル2において熱媒体を頻繁に切り替える切替バルブが不要であるため、従来に比較して作動音が減少するとともに、故障確率が減少し、結果的に長期の信頼性が向上する。
【0050】
特に本発明では、各上、中、下段室S1 、S2 、S3 を回転中心から外方向へ伸びるに従って放射方向に対して離反して配置し、具体的な態様として回転軸8の周囲に渦巻き状に巻き付けてセルS間の隙間を略同幅に設けているため、容器K内における無駄なスペースがない。このため、各室と熱媒体との接触面積が大きく、容器K内における高、中、低温合金HM、MM、LMの分布密度が大変高まる。
この結果、セルSの回転径寸法(容器Kの外径寸法)を小さくでき、ヒートポンプサイクル2の体格を大変小型化できる。あるいは、ヒートポンプサイクル2の効率が大きく向上し、冷房装置1の冷却能力を高くできる。
【0051】
また、各上、中、下段室S1 、S2 、S3 に沿って流れる熱媒体の流れが、デバイダー9によって整流されて速くなるため、熱媒体の熱交換ロスが減り、ヒートポンプサイクル2の冷却効率を高めることができる。
さらに、セルSが水素駆動部α→第1冷熱出力部β→第2冷熱出力部γを循環する境界において室の対向面が異なった熱媒体に触れる不具合が回避され、熱交換効率の低減を防ぐことができる。
【0052】
〔第2実施例〕
次に、本発明の水素吸蔵合金を利用した熱利用システムを冷暖房装置に適用した第2実施例を示す。なお、図7は本発明を適用した冷暖房装置の概略構成図である。
本実施例の冷暖房装置30は、上記の実施例で示した冷房運転の実施に加え、暖房運転時に、燃焼装置3で加熱された加熱水を室内空調機5の室内熱交換器19に導いて室内暖房を行うもので、第1実施例で示した加熱水循環路18と冷熱出力水循環路21とを接続し、その接続部分に流路切替用の3つの切替バルブV1 、V2 、V3 (冷房と暖房の切替バルブ)を設けたものである。
なお、室内空調機5の他に、床暖房マット、浴室乾燥機などに接続し、加熱水の供給によって床暖房、浴室暖房などを行うように設けても良い。
【0053】
〔変形例〕
上記の実施例では、各室の周囲にデバイダー9を設けた例を示したが、デバイダー9を用いなくても良い。
具体的な一例を示すと、図8に示すように、各上、中、下段室S1 、S2 、S3 を回転軸8の周りに巻き付けられた状態で配置するとともに、上、中、下段室S1 、S2 、S3 と、隣接する他の上、中、下段室S1 、S2 、S3 との間に略同幅の隙間を設け、その隙間に熱媒体が流されるように設けても良い。このようにデバイダー9を廃止しても、容器K内における水素吸蔵合金の分布密度が高まる効果を有するとともに、隙間が略同幅であるため、その隙間を流れる熱媒体の流れが整流されて流速が速くなり、熱媒体と水素吸蔵合金との熱交換量が増えてヒートポンプサイクル2の熱交換効率を高めることができる。
【0054】
上記の実施例では、説明を容易化するために、図面の上下に応じて上段室S1 、中段室S2 、下段室S3 とした例を示したが、セルSの回転方向を横に向けたり、反転させるなど、他の向きに配置しても良い。また、上段室S1 、中段室S2 、下段室S3 の配置を入れ換えても良い。さらに、セルSの移動方向を逆にしても良い。このような場合は、勿論、各室に接触する各熱媒体の配置位置もヒートポンプサイクルが成り立つように入れ換える。
【0055】
上記の実施例では、昇圧用の熱媒体として、加熱域α1 で温度上昇した上段室S1 を冷却して温度上昇した熱媒体(実施例中では昇圧水)を用いた例を示したが、加熱手段(例えば、燃焼装置による昇温、電気ヒータによる昇温、排熱を利用した昇温など)によって昇温した熱媒体を用いても良い。
上記の実施例では、ヒートポンプサイクル2の一例として、2段式サイクルを用いた例を示したが、1段式サイクルに用いても良いし、第2室を3つ以上分割して3段式以上のサイクルとして用いても良い。
【0056】
上記の実施例では、1つの室外機7に複数の室内空調機5が接続可能なマルチエアコンを示したが、1つの室外機7に1つの室内空調機5が接続されるエアコンに本発明を適用しても良い。
上記の実施例では、ヒートポンプサイクル2によって得られた冷熱出力用の熱媒体(実施例中では冷熱水)で室内を冷房する例を示したが、冷熱出力用の熱媒体で冷蔵運転や冷凍運転に用いるなど、本発明を他の冷却装置として用いても良い。
【0057】
上記の実施例では、1つのヒートポンプユニット(1つの容器K内に複数のセルSを収納したユニット)を用いた例を示したが、複数のヒートポンプユニットを搭載して冷却能力を増大させ、ビル用空調システムなど大きな冷却能力が要求される冷却装置に用いても良い。
【0058】
上記の実施例では、加熱用の熱媒体(実施例中では加熱水)を加熱する加熱手段として、ガスを燃焼するガス燃焼装置を用いたが、石油を燃焼する石油燃焼装置など、他の燃焼装置を用いても良いし、内燃機関の排熱によって加熱用の熱媒体を加熱する加熱手段、ボイラーによる蒸気、電気ヒータを用いた加熱手段など、他の加熱手段を用いても良い。なお、内燃機関の排熱を利用する際は、車両用に用いることもできる。
【0059】
上記の実施例では、各熱媒体の一例として、水道水を用いたが、不凍液やオイルなど他の液体の熱媒体を用いても良いし、空気など気体の熱媒体を用いても良い。
上記の実施例では、複数のセルSをセル移動手段によって連続的に回転させた例を示したが、セルSを間欠的に回転移動させても良い。
上記の実施例では、水素吸蔵合金が水素を放出する際の吸熱作用により冷熱出力を得る冷却装置を例に示したが、水素吸蔵合金が水素を吸蔵する際の放熱作用により温熱出力を得る加熱装置(例えば暖房装置など)に本発明を適用しても良い。
【図面の簡単な説明】
【図1】ヒートポンプサイクルの作動説明図である(第1実施例)。
【図2】冷房装置の概略構成図である(第1実施例)。
【図3】デバイダーが設けられたセルの斜視図である(第1実施例)。
【図4】セルの部分斜視図である(第1実施例)。
【図5】デバイダーに覆われたセルの斜視図である(第1実施例)。
【図6】PT冷凍サイクル線図である(第1実施例)。
【図7】冷暖房装置の概略構成図である(第2実施例)。
【図8】セルを軸方向から見た図である(変形例)。
【図9】冷房装置の概略構成図である(従来例)。
【符号の説明】
HM 高温合金(水素吸蔵合金)
MM 中温合金(水素吸蔵合金)
LM 低温合金(水素吸蔵合金)
S セル
S1 上段室(第1室)
S2 中段室(第2室)
S3 下段室(第2室)
S4 水素通路
8 回転軸
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention repeatedly stores and releases hydrogen in a hydrogen storage alloy to obtain cold using the endothermic effect that occurs during the release of hydrogen, or obtains warmth using the heat dissipation effect that occurs during the storage of hydrogen. The present invention relates to a heat utilization system using a hydrogen storage alloy.
[0002]
[Prior art]
A heat utilization system using a conventional hydrogen storage alloy using a hydrogen storage alloy will be described with reference to FIG. The heat pump cycle J1 using a hydrogen storage alloy used a shell & tube type heat exchanger to obtain heating, heat dissipation and cold output of the hydrogen storage alloy J2.
The heat pump cycle J1 shown in this prior art uses four shell and tube type heat exchangers J3 to J6, and each heat exchanger J3 to J6 can exchange heat between the hydrogen storage alloy J2 and the heat medium. Is provided. The hydrogen storage alloys J2 of the first and second heat exchangers J3 and J4 communicate with each other through a hydrogen passage, and the hydrogen storage alloys J2 of the third and fourth heat exchangers J5 and J6 also communicate with each other through a hydrogen passage. Is provided.
[0003]
The operation supplies a heat medium for heating to the first heat exchanger J3 and a heat medium for heat dissipation to the second heat exchanger J4. Then, hydrogen from the first heat exchanger J3 is released and stored in the second heat exchanger J4. That is, hydrogen driving is performed.
Next, the heating heat medium supplied to the first heat exchanger J3 is switched to the heat dissipating heat medium, and the heat dissipating heat medium supplied to the second heat exchanger J4 is supplied. , And supply by switching to a heat medium for cold output. Then, the first heat exchanger J3 occludes hydrogen and the second heat exchanger J4 releases hydrogen. When the second heat exchanger J4 releases hydrogen, the heat medium for cooling output is cooled. That is, a cold output is obtained.
Then, the above cycle is repeated.
[0004]
On the other hand, when the cooling heat output is obtained from the second heat exchanger J4, a heating heat medium is supplied to the third heat exchanger J5 and a heat dissipation heat medium is supplied to the fourth heat exchanger J6. . Then, hydrogen of the third heat exchanger J5 is released and stored in the fourth heat exchanger J6. That is, when the first and second heat exchangers J3 and J4 are obtaining the cold output, the third and fourth heat exchangers J5 and J6 are driven with hydrogen.
Next, the heating heat medium supplied to the third heat exchanger J5 is switched to the heat dissipating heat medium, and the heat dissipating heat medium supplied to the fourth heat exchanger J6 is supplied. , And supply by switching to a heat medium for cold output. Then, the third heat exchanger J5 occludes hydrogen and the fourth heat exchanger J6 releases hydrogen. When the fourth heat exchanger J6 releases hydrogen, the heat medium for cold output is cooled. That is, when the first and second heat exchangers J3 and J4 are driven with hydrogen, the third and fourth heat exchangers J5 and J6 can obtain cold output.
Then, the above cycle is repeated.
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
The heat exchangers J3 to J6, which exchange heat between the hydrogen storage alloy J2 and the heat medium, are large in size because of the shell and tube type used. Since the exchangers J3 to J6 are required, there is a problem that the heat pump cycle J1 becomes large.
[0006]
Further, in the conventional heat pump cycle J1, in order to supply each heat exchanger J3 to J6 with a heat medium for heating and a heat medium for heat radiation, or a heat medium for heat radiation and a heat medium for cooling output, by switching, A large number of switching valves J7 to J14 are required. As described above, when a large number of switching valves J7 to J14 are used, the failure probability increases, which hinders improvement in durability. Further, since the switching valves J7 to J14 are switched at a relatively high frequency, there is a problem that the operation noise is conspicuous.
[0007]
OBJECT OF THE INVENTION
The present invention has been made in view of the above circumstances, and its purpose is to eliminate the need for a switching valve for switching the heat medium that exchanges heat with the hydrogen storage alloy, and to reduce the size and increase the efficiency of the heat pump cycle. It is in the provision of a heat utilization system using a possible hydrogen storage alloy.
[0008]
[Means for Solving the Problems]
  The heat utilization system using the hydrogen storage alloy of the present invention employs the following technical means in order to achieve the above object.
(Means of Claim 1)
  A heat utilization system using a hydrogen storage alloy uses heat absorption when hydrogen is released from the hydrogen storage alloy, or heat dissipation when hydrogen is stored.
  Using a plurality of cells including a flat first chamber filled with a hydrogen storage alloy, a first chamber connected to the first chamber through a hydrogen passage, and a flat second chamber filled with a hydrogen storage alloy,
  This multiple cellsAround the axis of rotationPlaced inThe plurality of cellsBy rotating, the heat medium that touches the first chamber and the heat medium that touches the second chamber are changed, and the first chamber is changed to the second chamber, or the second chamber is changed to the first chamber. Provided to move hydrogen to,
  Each first chamber is disposed in the axial direction of the rotation axis with respect to each second chamber, and the hydrogen passage communicates the first chamber and the second chamber separated in the axial direction of the rotation shaft. ,
  The first chamber and the second chamber are disposed away from the radial direction as they extend outward from the rotation center of the cell.
[0009]
(Means of Claim 2)
In the heat utilization system using the hydrogen storage alloy of claim 1,
The first chamber and the second chamber have a gap of substantially the same width through which a heat medium can pass between the other adjacent first and second chambers, and are arranged at the rotation centers of the plurality of cells. Arranged in a spiral around the axis of rotation,
A heat medium is provided in the gap so as to flow.
[0010]
(Means of claim 3)
In the heat utilization system using the hydrogen storage alloy according to claim 1 or 2, the second chamber is provided by being divided into a plurality through a hydrogen passage,
The heating medium that touches each second chamber is changed by the rotation of the cell, hydrogen is moved from the divided second chamber to another second chamber, and hydrogen is transferred from the divided second chamber to the first chamber. And a plurality of cold outputs are obtained from the plurality of second chambers during one rotation of the cell.
[0011]
Operation and effect of the invention
(Operation and effect of claim 1)
The plurality of cells are driven to rotate by the cell moving means, and the first chamber and the second chamber of each cell are brought into contact with different heat media to move hydrogen.
As a specific example, when the first chamber is brought into contact with a heating medium for heating, the first chamber is heated and the hydrogen storage alloy releases hydrogen. At this time, when the second chamber is brought into contact with a heat dissipation heat medium, the hydrogen storage alloy in the second chamber stores hydrogen. That is, hydrogen moves from the hydrogen storage alloy in the first chamber to the hydrogen storage alloy in the second chamber.
Next, when the first chamber is brought into contact with a heat-dissipating heat medium, the first chamber receives a temperature drop due to heat dissipation, and the hydrogen storage alloy stores hydrogen. At this time, hydrogen is released from the hydrogen storage alloy in the second chamber in a state where the second chamber is in contact with the heat medium for cold output. Then, the heat medium for cold output is cooled, and a cold output is obtained.
[0012]
The heat utilization system using the hydrogen storage alloy of the present invention does not perform heat exchange with the hydrogen storage alloy by switching the type of the heat medium in contact with the hydrogen storage alloy, but by rotating and moving the cell, the hydrogen storage alloy itself Since the type of the heat medium that moves and contacts is changed, a switching valve for switching the type of the heat medium is not required as in the prior art. Thus, since the switching valve is not required, it is possible to reduce the operating noise for switching the heat medium, reduce the failure probability, and improve long-term reliability.
[0013]
  Since a configuration is adopted in which a plurality of cells having flat first and second chambers are rotated and the heat medium that touches the first and second chambers is switched, the physique of the heat pump cycle can be made smaller than before.
  In addition, the first and second chambers provided flatlyPlaced away from the radial direction as it extends outward from the center of cell rotationTherefore, the contact area between the first and second chambers and the heat medium is increased, and there are fewer gaps compared to the type in which the first and second chambers are arranged radially, and the hydrogen storage alloy in the same volume Distribution density increases.
  For this reason, the rotation diameter dimension of a cell can be made small and the physique of a heat pump cycle can be miniaturized very much. Alternatively, the heat exchange efficiency in the heat pump cycle can be improved by increasing the contact area between the first and second chambers and the heat medium and increasing the distribution density of the hydrogen storage alloy.
[0014]
(Operation and effect of claim 2)
Since the first and second chambers are arranged in a state of being wound around the rotation axis, the gap in the rotation range of the cell becomes very small, the distribution density of the hydrogen storage alloy greatly increases, and as a result, the heat pump cycle Heat exchange efficiency can be improved.
In addition, since the heat medium flows through the gap and the gap through which the heat medium passes is provided with substantially the same width, the flow of the heat medium flowing along the first and second chambers is rectified and the flow velocity Will be faster. By increasing the flow rate of the heat medium, the amount of heat exchange between the heat medium and the hydrogen storage alloy increases, and the heat exchange efficiency of the heat pump cycle can be increased.
[0015]
(Operation and effect of claim 3)
Since the second chamber is divided into a plurality and provided so as to obtain a plurality of cooling outputs from the plurality of second chambers during one rotation of the cell, the cooling efficiency of the heat pump cycle can be increased.
[0016]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Next, embodiments of the present invention will be described based on examples and modifications.
[Configuration of the first embodiment]
In the first embodiment, the heat utilization system using the hydrogen storage alloy of the present invention is applied to a cooling device for indoor air conditioning. This first embodiment will be described with reference to FIGS.
[0017]
(General description of the cooling device 1)
A schematic configuration of the cooling device 1 of the present embodiment will be described with reference to FIG. In this example, a two-stage cycle was used as an example of the heat pump cycle 2 using a hydrogen storage alloy. In the two-stage cycle, the second chamber of the present invention is divided, hydrogen is transferred from the first chamber to one of the second chambers, and one second chamber is transferred to the other second chamber. The hydrogen is moved to obtain a first-stage cold output, and the hydrogen is moved from the other second chamber to the first chamber to obtain a second-stage cold output, which will be described in detail later.
[0018]
The cooling device 1 to which the present embodiment is applied is broadly divided into a heat pump cycle 2 using a hydrogen storage alloy, and heated water for heating the hydrogen storage alloy (corresponding to a heating medium for heating, water in this embodiment). Produced by the combustion device 3 for generating hydrogen, the facility water cooling means 4 for cooling the facility water for cooling the hydrogen storage alloy (water in this embodiment, which corresponds to the heat medium for heat dissipation), and the hydrogen releasing action of the hydrogen storage alloy. The indoor air conditioner 5 for air-conditioning the room with cold output water cooled by the absorbed heat (corresponding to a heat medium for cold output, in this embodiment), and a control device 6 for controlling each electric functional component mounted It consists of.
[0019]
The heat pump cycle 2, the combustion device 3, the facility water cooling means 4, and the control device 6 are installed outdoors as an outdoor unit 7, and an indoor air conditioner 5 is arranged indoors. The cooling device 1 shown in the present embodiment is a so-called multi-air conditioner in which a plurality of indoor air conditioners 5 can be connected to one outdoor unit 7.
[0020]
(Description of heat pump cycle 2)
The heat pump cycle 2 of this embodiment uses a two-stage cycle as described above. As shown in FIG. 1, the upper chamber S1 (corresponding to the first chamber) in which a hydrogen storage alloy is enclosed, The middle chamber S2 (corresponding to the second chamber) in which the hydrogen storage alloy is sealed is communicated with the upper chamber S1 through the hydrogen passage S4, and the hydrogen storage alloy is communicated with the middle chamber S2 through the hydrogen passage S4. A plurality of cells S provided with a lower chamber S3 (corresponding to the second chamber) in which is enclosed. In this embodiment, 12 to 18 cells S were used.
[0021]
Three types of hydrogen storage alloys with different hydrogen equilibrium pressures were used. In the upper chamber S1, high temperature hydrogen storage alloy (hereinafter referred to as high temperature alloy HM) powder with the same equilibrium hydrogen pressure and the highest hydrogen equilibrium temperature was used. Enclosed, medium temperature hydrogen storage alloy (hereinafter referred to as intermediate temperature alloy MM) powder is enclosed in the middle chamber S2, and the low temperature hydrogen storage alloy (the hydrogen equilibrium temperature is the lowest at the same equilibrium hydrogen pressure) in the lower chamber S3. Hereinafter, the powder of the low temperature alloy LM) is encapsulated.
This will be explained using the PT refrigeration cycle of FIG. 6. The characteristics of the hydrogen storage alloy are relatively high temperature side (left side in the figure), high temperature alloy HM, low temperature side is low temperature alloy LM, both Intermediate temperature alloy MM is in the middle.
[0022]
One cell S is formed of a cell container (upper, middle and lower chambers S1, S2, S3 and hydrogen passage S4) by a joining method such as vacuum brazing or welding using a metal having no hydrogen permeation such as stainless steel or copper. The container is filled in the middle, filled with powdered hydrogen storage alloy, evacuated, activated, filled with hydrogen at high pressure, and the opening covered with a metal lid It is sealed by welding.
As shown in FIGS. 3 and 4, the outer shape of one cell S is a flat container-like upper, middle, and lower side chambers S1, S2, and S3 each having a rod-like shape having a hydrogen passage S4 formed therein. It has a shape connected by the connecting portion S5.
[0023]
Each of the upper, middle, and lower chambers S1, S2, and S3 is provided with an arc shape in addition to the flat shape, so that one surface is provided with a convex curve and the other surface is opposed to each other. It is provided to be curved in a concave shape. In addition, in each of the upper, middle, and lower chambers S1, S2, and S3, a number of pressure-resistant columns (not shown, for example, corrugated fins, offset fins, etc.) are provided in a joined state.
By being provided in this manner, tensile stress and compressive stress are applied to the opposing surfaces of each chamber under a low pressure during evacuation and under a high pressure during hydrogen filling, and the distance between the opposing surfaces can be reduced to a number of pressure-resistant columns. Therefore, the deformation of each chamber is kept small, and as a result, a flat chamber is realized.
[0024]
In each of the plurality of cells S, the connecting portions S5 of the plurality of cells S are fixed around the rotation shaft 8 having a substantially cylindrical shape. The rotating shaft 8 is rotationally driven by a cell moving means (not shown). The cell moving means is a motor that rotates a plurality of cells S slowly and continuously (for example, 20 per hour). About laps).
The flat, upper, middle, and lower chambers S1, S2, and S3 fixed to the rotating shaft 8 are arranged away from the radiation as they extend outward from the rotating shaft 8 (see FIG. 5).
Specifically, each of the upper, middle, and lower chambers S1, S2, and S3 is provided with gaps of substantially the same width between the adjacent upper, middle, and lower chambers S1, S2, and S3. It is arranged in a spiral shape wound around in an arc shape. The gap can pass through the heat medium. In this embodiment, the gap is provided so that the heat medium flows through the gap.
[0025]
In this embodiment, a divider 9 is provided around each chamber in order to make the heat medium flowing through the gap efficiently contact the upper, middle, and lower chambers S1, S2, and S3. This divider 9 reduces the heat dissipation loss of the heat medium by flowing the heat medium along each chamber, and also rectifies the flow of the heat medium to increase the flow rate and increase the heat exchange efficiency. In addition, avoiding the problem that the facing surface of the chamber S touches a different heat medium at the boundary where the cell S circulates the hydrogen driving unit α → first cooling output unit β → second cooling output unit γ, which will be described later. This increases the heat exchange efficiency.
[0026]
The divider 9 covers each chamber and is provided with a resin material having excellent heat insulation. A plurality of heat medium passages 9 a are formed on the inner surface of the divider 9 to allow the heat medium to flow along the chamber. The heat medium passage 9a is provided in a substantially groove shape, and is provided at a certain depth and width along the flow direction in order to rectify the flow of the heat medium and increase the flow velocity. In addition, a supply / discharge port 9b through which heat medium is supplied to and discharged from the heat medium passage 9a is provided at the outer end and the center side upper part of the divider 9. In this embodiment, the supply / discharge port 9b at the outer end is a supply port that guides the heat medium to the heat medium passage 9a, and the center supply / discharge port 9b discharges the heat medium that has passed through the heat medium passage 9a. It is an exit.
[0027]
As shown in FIG. 1, the heat pump cycle 2 of the two-stage cycle includes a hydrogen driving unit α for forcibly moving the hydrogen in the upper chamber S1 into the lower chamber S3 and the hydrogen moved in the lower chamber S3 in the middle stage. A first cold output unit β that moves to the chamber S2 and a second cold output unit γ that moves the hydrogen that has moved into the middle chamber S2 to the upper chamber S1 are provided.
The hydrogen driving unit α, the first cooling output unit β, and the second cooling output unit γ are provided at approximately 120 ° intervals, and are partitioned by the arrangement of recesses M1 and M2 to be described later.
[0028]
The hydrogen drive unit α has a heating area α1 in which heated water (for example, about 80 ° C.) is supplied in contact with the upper chamber S1, and a middle pressure area α2 in which pressurized water (for example, about 56 ° C.) is in contact with the middle chamber S2. , A lower heat radiation area α3 to which the facility water (for example, about 28 ° C.) in contact with the lower chamber S3 is supplied.
The first chiller output unit β is an upper stage boosted region β1 that is supplied with pressurized water (for example, about 58 ° C.) in contact with the upper chamber S1, and a middle stage that is supplied with facility water (for example, about 28 ° C.) that is in contact with the middle chamber S2. A heat radiation area β2 and a lower-stage cold / heat output area β3 in which cold-heat output water (for example, about 13 ° C.) in contact with the lower-stage chamber S3 is output.
The second cold heat output unit γ outputs the upper heat radiation area γ1 supplied with the facility water (for example, about 28 ° C.) in contact with the upper chamber S1, and the cold output water (for example, about 13 ° C.) in contact with the middle chamber S2. It has a middle-stage cooling / heating output region γ2. It should be noted that the temperature of the heat medium in contact with the lower chamber S3 in the second cooling output unit γ is not questioned, and that part is defined as a questionable region γ3.
[0029]
Then, when the rotating shaft 8 is rotated by a cell moving means (not shown), the group of the upper chamber S1 circulates in the heating region α1 → the upper pressure boosting region β1 → the upper heat radiation region γ1, and the group of the middle chamber S2 becomes the middle stage. The boosting region α2 → the middle heat radiation region β2 → the middle cooling / heating output region γ2 circulates, and the group of the lower chamber S3 circulates the lower heat radiation region α3 → the lower cooling energy output region β3 → the unquestioned region γ3.
[0030]
The group of the upper chamber S1 is covered with the upper container K1, and is provided with a heating area α1, an upper pressure increasing area β1, and an upper heat radiation area γ1. The group of the middle chamber S2 is covered with the middle vessel K2, and is provided with a middle pressure region α2, a middle heat radiation region β2, and a middle cooling output region γ2. Further, the group of the lower chamber S3 is covered with the lower container K3, and a lower heat radiation region α3, a lower cooling output region β3, and an unquestioned region γ3 are provided therein.
[0031]
The upper container K1, the middle container K2, and the lower container K3 are containers K (for example, resin containers) that are continuously connected to each other. As shown in FIG. Sixteen heat medium pipes 10 for supplying and discharging the heat medium are connected to the lower containers K1, K2, and K3. Specifically, six heating medium pipes 10 are connected to the upper container K1 for the heating region α1, the upper pressure increasing region β1, and the upper heat radiating region γ1. β2 is connected to six heat medium pipes 10 for the intermediate cooling power output area γ2, and the lower container K3 is connected to four heat medium pipes 10 for the lower heat radiation area α3 and the lower cooling power output area β3. Yes.
[0032]
In the upper, middle and lower containers K1, K2 and K3, the heat medium supplied by the heat medium pipe 10 is respectively connected to the hydrogen driving part α, the first cold output part β and the second cold output part γ. A recess M1 leading to the supply / discharge port 9b (outer end) of the divider 9 in the area and a recess M2 for collecting the heat medium discharged from the supply / discharge port 9b (center side) are provided. The heat medium to be supplied and discharged is provided so as to be directly supplied and discharged into the divider 9 within a predetermined range (hydrogen drive unit α, first cold output unit β, and second cold output unit γ at approximately 120 ° intervals). ing.
The supply / discharge port 9b provided in each divider 9 rotates in contact with or close to the inner wall of the container K not provided with the recesses M1 and M2, and the inner wall is rotated by the hydrogen drive unit α and the first cold output. This is a partition for the part β and the second cooling output part γ.
Further, in this embodiment, as shown in FIG. 1, an example is shown in which the heat medium flows from the outer supply / discharge port 9b → the heat medium passage 9a → the central supply / discharge port 9b. May be.
[0033]
(Description of other components in the heat pump cycle 2)
Reference numeral 11 shown in FIG. 2 is a booster water circulation path for circulating the booster water to the upper booster region β1 and the middle booster region α2, and the booster water is circulated by the booster water circulation pump P1 'provided in the middle. Note that the pressurized water is water that has risen in temperature due to heat transfer from the upper chamber S1 and the upper vessel K1 in the heating zone α1. During operation of the heat pump cycle 2, the pressurized water in the upper pressure zone β1 is used. The temperature is, for example, about 58 ° C., and the temperature of the pressurized water in the middle stage boosted region α 2 is, for example, about 56 ° C.
[0034]
(Description of combustion device 3)
The combustion apparatus 3 of the present embodiment uses a gas combustion apparatus that burns gas as a fuel to generate heat, and heats heated water with the generated heat. The gas burner 12 performs gas combustion, and the gas burner. A gas supply circuit 15 having a gas amount adjusting valve 13 and a gas opening / closing valve 14 for supplying gas to the gas 12, a combustion fan 16 for supplying combustion air to the gas burner 12, and heat exchange between the combustion heat of the gas and the heating water It comprises a heat exchanger 17 and the like.
The heated water is heated to, for example, about 80 ° C. with the heat obtained by gas combustion of the gas burner 12, and the heated heated water is supplied to the heating zone α1 through the heated water circulation path 18 equipped with the heated water circulation pump P1. To do.
The heating water circulation pump P1 of this embodiment is a tandem pump that is driven by a dual-purpose motor that drives the pressurized water circulation pump P1 '. For this reason, when heated water is supplied from the combustion device 3 to the heat pump cycle 2, the pressurized water is also provided so as to circulate.
[0035]
(Description of indoor air conditioner 5)
The indoor air conditioner 5 is arranged indoors as described above, and forcibly exchanges heat between the indoor heat exchanger 19 and cold output water supplied to the indoor heat exchanger 19 and room air. An indoor fan 20 is provided for blowing the air after heat exchange into the room. The indoor heat exchanger 19 is connected to a cooling output water circulation path 21 for circulating cooling output water supplied from the lower cooling output area β3 and the middle cooling output area γ2, and is in the middle of the cooling output water circulation path 21 (the outdoor unit 7 Inside), a cold output water pump P2 for circulating the cold output water is provided.
[0036]
(Description of facility water cooling means 4)
The facility water cooling means 4 is a water-cooled open type cooling tower, and the facility water cooled by the facility water cooling means 4 is converted into a lower radiating area α3 and a middle radiating area by a facility water circulation path 22 provided with a facility water circulation pump P3. β2 is supplied to the upper heat radiation area γ1.
The facility water cooling means 4 flows the facility water that has passed through the lower radiating region α3, the middle radiating region β2, and the upper radiating region γ1 from the upper side to the lower side, and exchanges heat with the outside air while flowing to radiate heat. In the meantime, it is partially evaporated to remove the heat of vaporization from the facility water flowing at the time of evaporation and cool the flowing facility water. The facility water cooling means 4 includes a heat dissipation fan (not shown), and is provided so as to promote evaporation and cooling of the facility water by the air flow generated by the heat dissipation fan.
In this embodiment, a water-cooled open type cooling tower is shown as the facility water cooling means 4, but a water-cooled sealed type or an air-cooled sealed type in which the facility water (heat-dissipating heat medium) exchanges heat without touching the air. A cooling means may be used.
[0037]
Here, the heating water circulation path 18, the cooling / heating output water circulation path 21 and the facility water circulation path 22 described above are provided with cis-turns T 1, T 2, T 3, respectively, and the water levels in the cis-turns T 1, T 2, T 3 are lowered below a predetermined water level. Then, the water supply valves T4, T5, and T6 provided to the respective valves are opened to replenish the tap water supplied from the water supply pipe 23 into the cisterns T1, T2, and T3.
Further, a drain pan P is disposed at the lower part of the heat pump cycle 2 and is provided so as to drain the drain water generated in the heat pump cycle 2 from the drain pipe 24. The water overflowing from the facility water cooling means 4 is also provided to drain from the drain pipe 24.
[0038]
(Description of the control device 6)
The control device 6 responds to an operation instruction from a controller (not shown) provided in the indoor air conditioner 5 and an input signal of each of a plurality of sensors provided, and the above-described heated water circulation pump P1 (pressurized water circulation pump P1 ′). , Cooling output water pump P2, facility water circulation pump P3, water supply valves T4, T5, T6, electrical function components such as the heat dissipation fan of the facility water cooling means 4, and electrical function components of the combustion device 3 (combustion fan 16, gas amount adjustment) Valve 13, gas on-off valve 14, ignition device (not shown), and the like, and an operation instruction for the indoor fan 20 is given to the indoor air conditioner 5.
[0039]
(Description of cooling operation)
The operation of the cooling operation by the cooling device 1 will be described with reference to the PT refrigeration cycle diagram of FIG.
When the cooling operation is instructed by the controller of the indoor air conditioner 5, the control device 6 causes the combustion device 3, the cell moving means, the heat radiating fan, the heating water circulation pump P1 (pressure-boosting water circulation pump P1 '), the cold heat output water pump P2, and the heat radiation. The water circulation pump P3 is activated and the indoor fan 20 of the indoor air conditioner 5 instructed to be cooled is turned on.
[0040]
The plurality of cells S rotate and move slowly and continuously by the cell moving means. As a result, the plurality of cells S move in the order of the hydrogen driving unit α → the first cooling output unit β → the second cooling output unit γ.
That is, each upper chamber S1 moves in the order of heating zone α1 → upper pressure boosting region β1 → upper heat dissipation zone γ1, and each middle chamber S2 moves in the order of middle boosting zone α2 → middle heat dissipation zone β2 → middle cooling heat output zone γ2. Each lower chamber S3 moves in the order of the lower heat radiation area α3 → the lower cooling output area β3 → the unquestioned area γ3.
[0041]
In the cell S that has entered the hydrogen drive unit α, the upper chamber S1 touches the heated water, the middle chamber S2 touches the pressurized water, and the lower chamber S3 touches the facility water.
When the upper chamber S1 comes into contact with heated water (80 ° C.), the internal pressure of the upper chamber S1 rises and the high temperature alloy HM releases hydrogen.
When the middle chamber S2 touches the pressurized water (56 ° C.), the internal pressure of the middle chamber S2 rises to a pressure at which the intermediate temperature alloy MM does not occlude hydrogen.
When the lower chamber S3 comes into contact with the facility water (28 ° C.), the internal pressure of the lower chamber S3 decreases, and the low temperature alloy LM occludes hydrogen.
[0042]
Thus, the upper chamber S1 touches the heated water in the heating zone α1, the middle chamber S2 touches the pressurized water in the middle boosted region α2, and the lower chamber S3 touches the hot water in the lower heat radiating zone α3, thereby causing the upper chamber S1 to touch. The inside is 80 ° C; 1.0 MPa, the inside of the middle chamber S2 is 56 ° C; 1.0 MPa, the inside of the lower chamber S3 is 28 ° C; 0.9 MPa, and the high temperature alloy HM in the upper chamber S1 releases hydrogen (see FIG. 6). (1)), the low temperature alloy LM in the lower chamber S3 occludes hydrogen ((2) in FIG. 6). The middle chamber S2 is heated by the pressurized water and has a high internal pressure, and the intermediate temperature alloy MM does not occlude hydrogen.
And the cell S which passed the hydrogen drive part (alpha) moves to the 1st cold-heat output part (beta) after that.
[0043]
In the cell S that has entered the first cold output unit β, the upper chamber S1 touches the pressurized water, the middle chamber S2 touches the facility water, and the lower chamber S3 touches the cold output water.
When the upper chamber S1 comes into contact with the pressurized water (58 ° C.), the internal pressure of the upper chamber S1 rises to a pressure at which the high temperature alloy HM does not occlude hydrogen.
When the middle chamber S2 comes into contact with the facility water (28 ° C.), the internal pressure of the middle chamber S2 decreases, the intermediate temperature alloy MM occludes hydrogen, and the low temperature alloy LM in the lower chamber S3 releases hydrogen.
Since the low temperature alloy LM releases hydrogen, an endothermic heat is generated in the lower chamber S3, and the cold output water touching the lower chamber S3 is cooled to, for example, 13 ° C. The low temperature alloy LM is provided such that the internal pressure of the lower chamber S3 is higher than the internal pressure of the intermediate chamber S2 when the cold output water is about 13 ° C.
[0044]
Thus, the upper chamber S1 touches the pressurized water in the upper pressure boosting region β1, the middle chamber S2 touches the facility water in the middle heat radiating region β2, and the lower chamber S3 touches the cold heat output water in the lower cooling power output region β3. The upper chamber S1 is 58 ° C; 0.5 MPa, the middle chamber S2 is 28 ° C; 0.4 MPa, the lower chamber S3 is 13 ° C; 0.5 MPa, and the low temperature alloy LM in the lower chamber S3 releases hydrogen ( (3) in FIG. 6), the intermediate temperature alloy MM in the middle chamber S2 occludes hydrogen ((4) in FIG. 6). When the low temperature alloy LM in the lower chamber S3 releases hydrogen, it takes heat from the cold output water that touches the lower chamber S3 due to the endothermic effect, and lowers the temperature of the cold output water. The upper chamber S1 is heated by the pressurized water and has a high internal pressure, and the high temperature alloy HM does not occlude hydrogen.
And the cell S which passed the 1st cold output part (beta) moves to the 2nd cold output part (gamma) after that.
[0045]
In the cell S that has entered the second cold output unit γ, the upper chamber S1 touches the facility water, the middle chamber S2 touches the cold output water, and the lower chamber S3 touches the unquestioned water.
When the upper chamber S1 touches the facility water (28 ° C.), the internal pressure of the upper chamber S1 decreases, the high temperature alloy HM occludes hydrogen, and the intermediate temperature alloy MM in the middle chamber S2 releases hydrogen.
Since the intermediate temperature alloy MM releases hydrogen, heat is generated in the middle chamber S2, and the cold output water that touches the middle chamber S2 is cooled to, for example, 13 ° C. The intermediate temperature alloy MM is provided so that the internal pressure of the middle chamber S2 is higher than the internal pressure of the upper chamber S1 when the cold output water is about 13 ° C.
[0046]
Thus, when the upper chamber S1 touches the facility water in the upper radiating zone γ1, the inside of the upper chamber S1 is 28 ° C .; 0.1 MPa, the inside of the middle chamber S2 is 13 ° C .; 0.2 MPa, and the inside of the lower chamber S3 is unquestioned. The intermediate temperature chamber MM in the middle chamber S2 releases hydrogen ((5) in FIG. 6), and the high temperature alloy HM in the upper chamber S1 occludes hydrogen ((6) in FIG. 6). When the intermediate temperature alloy MM in the middle chamber S2 releases hydrogen, the heat is absorbed from the cold output water that touches the intermediate chamber S2 due to the endothermic action, and the temperature of the cold output water is lowered. The temperature of the lower chamber S3 is irrelevant, and the low temperature alloy LM in the lower chamber S3 does not occlude hydrogen.
And the cell S which passed the 2nd cold-power output part (gamma) moves to the hydrogen drive part (alpha) after that.
[0047]
The low-temperature cold output water that has been deprived of heat in the lower and middle cooling output areas β3 and γ2 of the heat pump cycle 2 is supplied to the indoor heat exchanger 19 of the indoor air conditioner 5 via the cooling output water circulation path 21. Then, heat is exchanged with the air blown into the room to cool the room.
[0048]
[Effects of Examples]
The heat pump cycle 2 of the cooling apparatus 1 to which the present invention is applied does not use a plurality of conventional shell and tube type heat exchangers, but collects a plurality of cells S including a plurality of flat chambers, Since it is rotated within K, the physique of the heat pump cycle 2 of this embodiment can be greatly reduced compared to the conventional heat pump cycle using a plurality of shell & tube type heat exchangers. Thus, the outdoor unit 7 of the cooling device 1 can be downsized.
[0049]
In the cooling device 1 of the present embodiment, the cell moving means moves a plurality of cells S instead of switching the type of the heat medium contacting the hydrogen storage alloy and exchanging heat with the hydrogen storage alloy as in the prior art. As a result, the hydrogen storage alloy itself moves to change the type of heat medium (heated water, facility water, pressurized water, cold output water), so there is no need for a switching valve for switching the type of heat medium in the heat pump cycle 2 Become.
Thus, since the cooling device 1 of the present embodiment does not require a switching valve for frequently switching the heat medium in the heat pump cycle 2, the operation noise is reduced as compared with the conventional case, and the failure probability is reduced. Long-term reliability is improved.
[0050]
In particular, in the present invention, the upper, middle, and lower chambers S1, S2, and S3 are arranged away from the radial direction as they extend outward from the center of rotation, and as a specific aspect, spirally around the rotating shaft 8. Since the gaps between the cells S are provided with substantially the same width, there is no useless space in the container K. For this reason, the contact area between each chamber and the heat medium is large, and the distribution density of the high, medium, and low temperature alloys HM, MM, and LM in the container K is greatly increased.
As a result, the rotational diameter dimension of the cell S (the outer diameter dimension of the container K) can be reduced, and the physique of the heat pump cycle 2 can be greatly reduced in size. Alternatively, the efficiency of the heat pump cycle 2 is greatly improved, and the cooling capacity of the cooling device 1 can be increased.
[0051]
In addition, since the flow of the heat medium flowing along the upper, middle, and lower chambers S1, S2, and S3 is rectified and accelerated by the divider 9, the heat exchange loss of the heat medium is reduced, and the cooling efficiency of the heat pump cycle 2 is improved. Can be increased.
Furthermore, the problem that the facing surface of the chamber touches a different heat medium at the boundary where the cell S circulates from the hydrogen driving unit α → the first cooling output unit β → the second cooling output unit γ is avoided, and the heat exchange efficiency is reduced. Can be prevented.
[0052]
[Second Embodiment]
Next, a second embodiment in which the heat utilization system using the hydrogen storage alloy of the present invention is applied to an air conditioner will be described. In addition, FIG. 7 is a schematic block diagram of the air-conditioning apparatus to which this invention is applied.
The air conditioner 30 of the present embodiment guides the heated water heated by the combustion device 3 to the indoor heat exchanger 19 of the indoor air conditioner 5 during the heating operation in addition to the cooling operation shown in the above embodiment. This is for room heating. The heating water circulation path 18 and the cold output water circulation path 21 shown in the first embodiment are connected, and three switching valves V1, V2, V3 (cooling and Heating switching valve).
In addition to the indoor air conditioner 5, it may be connected to a floor heating mat, a bathroom dryer or the like so as to perform floor heating, bathroom heating, etc. by supplying heated water.
[0053]
[Modification]
In the above-described embodiment, an example in which the divider 9 is provided around each chamber is shown, but the divider 9 may not be used.
As a specific example, as shown in FIG. 8, the upper, middle, and lower chambers S1, S2, and S3 are arranged around the rotating shaft 8, and the upper, middle, and lower chambers S1 are arranged. , S2 and S3 and other adjacent upper, middle and lower chambers S1, S2 and S3 may be provided with gaps of substantially the same width so that the heat medium flows through the gaps. Even if the divider 9 is eliminated in this manner, the distribution density of the hydrogen storage alloy in the container K is increased, and the gap is substantially the same width. Therefore, the flow of the heat medium flowing through the gap is rectified and the flow velocity is increased. The heat exchange rate between the heat medium and the hydrogen storage alloy increases, and the heat exchange efficiency of the heat pump cycle 2 can be increased.
[0054]
In the above embodiment, for ease of explanation, the upper chamber S1, the middle chamber S2, and the lower chamber S3 are shown according to the top and bottom of the drawing. You may arrange in other directions, such as inverting. Further, the arrangement of the upper chamber S1, the middle chamber S2, and the lower chamber S3 may be interchanged. Furthermore, the moving direction of the cell S may be reversed. In such a case, as a matter of course, the arrangement positions of the heat media in contact with the chambers are changed so that the heat pump cycle is established.
[0055]
In the above embodiment, as an example of the heating medium for pressure increase, the heating medium (temperature increasing water in the embodiment) in which the temperature is increased by cooling the upper chamber S1 whose temperature has increased in the heating region α1 is shown. You may use the thermal medium heated up by the means (For example, the temperature rise by a combustion apparatus, the temperature rise by an electric heater, the temperature rise using exhaust heat, etc.).
In the above embodiment, an example using a two-stage cycle was shown as an example of the heat pump cycle 2, but it may be used for a one-stage cycle, or three or more second chambers may be divided into three stages. You may use as the above cycle.
[0056]
In the above embodiment, a multi air conditioner in which a plurality of indoor air conditioners 5 can be connected to one outdoor unit 7 is shown. However, the present invention is applied to an air conditioner in which one indoor air conditioner 5 is connected to one outdoor unit 7. It may be applied.
In the above-described embodiment, an example in which the room is cooled with the heat medium for cooling output (cold water in the embodiment) obtained by the heat pump cycle 2 is shown, but the refrigeration operation and the freezing operation are performed with the heating medium for cooling output. The present invention may be used as another cooling device.
[0057]
In the above embodiment, an example using one heat pump unit (a unit in which a plurality of cells S are accommodated in one container K) is shown. However, a plurality of heat pump units are mounted to increase cooling capacity, You may use for the cooling device with which big cooling capacity is requested | required, such as an air conditioning system.
[0058]
In the above embodiment, the gas combustion apparatus for burning gas is used as the heating means for heating the heating medium (heating water in the embodiment), but other combustion such as an oil combustion apparatus for burning oil is used. An apparatus may be used, and other heating means such as a heating means for heating a heat medium for heating by exhaust heat of the internal combustion engine, a steam by a boiler, a heating means using an electric heater, or the like may be used. In addition, when utilizing the exhaust heat of an internal combustion engine, it can also use for vehicles.
[0059]
In the above embodiment, tap water is used as an example of each heat medium, but other liquid heat medium such as antifreeze liquid or oil may be used, or a gas heat medium such as air may be used.
In the above embodiment, the example in which the plurality of cells S are continuously rotated by the cell moving unit has been described, but the cells S may be intermittently rotated.
In the above embodiment, the cooling device that obtains the cold output by the endothermic action when the hydrogen storage alloy releases hydrogen is shown as an example, but the heating that obtains the thermal output by the heat release action when the hydrogen storage alloy absorbs hydrogen. The present invention may be applied to a device (for example, a heating device).
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is an operation explanatory diagram of a heat pump cycle (first embodiment).
FIG. 2 is a schematic configuration diagram of a cooling device (first embodiment).
FIG. 3 is a perspective view of a cell provided with a divider (first embodiment).
FIG. 4 is a partial perspective view of a cell (first embodiment).
FIG. 5 is a perspective view of a cell covered with a divider (first embodiment).
FIG. 6 is a PT refrigeration cycle diagram (first embodiment).
FIG. 7 is a schematic configuration diagram of an air-conditioning apparatus (second embodiment).
FIG. 8 is a diagram of a cell viewed from the axial direction (modified example).
FIG. 9 is a schematic configuration diagram of a cooling device (conventional example).
[Explanation of symbols]
HM high temperature alloy (hydrogen storage alloy)
MM Medium temperature alloy (hydrogen storage alloy)
LM Low temperature alloy (hydrogen storage alloy)
S cell
S1 Upper room (first room)
S2 Middle room (second room)
S3 Lower room (second room)
S4 Hydrogen passage
8 Rotating shaft

Claims (3)

水素吸蔵合金の水素の放出時の吸熱、または水素の吸蔵時の放熱を利用した水素吸蔵合金を利用した熱利用システムであって、
水素吸蔵合金が封入された偏平な第1室、この第1室内と水素通路を介して連通し、水素吸蔵合金が封入された偏平な第2室を備えたセルを複数用い、
この複数のセルを回転軸の周囲に配置して前記複数のセルを回転移動することにより、前記第1室に触れる熱媒体と、前記第2室に触れる熱媒体とを変更して、前記第1室から前記第2室、あるいは前記第2室から前記第1室へ水素を移動するように設け
各第1室は各第2室に対して回転軸の軸方向に配置され、前記水素通路は回転軸の軸方向に隔てられた前記第1室内と前記第2室内とを連通するものであり、
前記第1室および前記第2室は前記セルの回転中心から外方向へ伸びるに従って放射方向に対して離反して配置された
ことを特徴とする水素吸蔵合金を利用した熱利用システム。
A heat utilization system using a hydrogen storage alloy utilizing heat absorption during hydrogen release of the hydrogen storage alloy or heat dissipation during hydrogen storage,
Using a plurality of cells including a flat first chamber filled with a hydrogen storage alloy, a first chamber communicated with the first chamber through a hydrogen passage, and a flat second chamber filled with a hydrogen storage alloy,
By disposing the plurality of cells around the rotation axis and rotating the plurality of cells, the heat medium that touches the first chamber and the heat medium that touches the second chamber are changed, and the first medium is changed. Provided to move hydrogen from one chamber to the second chamber or from the second chamber to the first chamber ;
Each first chamber is disposed in the axial direction of the rotation axis with respect to each second chamber, and the hydrogen passage communicates the first chamber and the second chamber separated in the axial direction of the rotation shaft. ,
The heat utilization system using a hydrogen storage alloy, wherein the first chamber and the second chamber are disposed away from the radial direction as extending outward from the rotation center of the cell.
請求項1の水素吸蔵合金を利用した熱利用システムにおいて、
前記第1室および前記第2室は、隣接する他の第1、第2室との間に熱媒体が通過可能な略同幅の隙間を備え、前記複数のセルの回転中心に配置される回転軸の周りに巻き付けられた渦巻き状に配置されるとともに、
前記隙間に熱媒体が流されるように設けられた
ことを特徴とする水素吸蔵合金を利用した熱利用システム。
In the heat utilization system using the hydrogen storage alloy of claim 1,
The first chamber and the second chamber have a gap of approximately the same width through which a heat medium can pass between the other adjacent first and second chambers, and are arranged at the rotation centers of the plurality of cells. Arranged in a spiral around the axis of rotation,
A heat utilization system using a hydrogen storage alloy, characterized in that a heat medium is caused to flow through the gap.
請求項1または請求項2の水素吸蔵合金を利用した熱利用システムにおいて、
前記第2室は水素通路を介して複数に分割して設けられ、
前記セルの回転によって、各第2室の触れる熱媒体を変更し、分割された第2室から他の第2室へ水素を移動させるとともに、分割された第2室から前記第1室へ水素を移動させ、前記セルの1回転中において複数の第2室から複数の冷熱出力を得る
ことを特徴とする水素吸蔵合金を利用した熱利用システム。
In the heat utilization system using the hydrogen storage alloy according to claim 1 or 2,
The second chamber is divided into a plurality through a hydrogen passage,
The rotation of the cell changes the heat medium in contact with each second chamber to move hydrogen from the divided second chamber to the other second chamber and to transfer hydrogen from the divided second chamber to the first chamber. A heat utilization system using a hydrogen storage alloy, wherein a plurality of cold outputs are obtained from a plurality of second chambers during one rotation of the cell.
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